พืชจะยืดและโค้งงอเพื่อให้เข้าถึงแสงแดดได้อย่างปลอดภัย แม้จะสังเกตปรากฏการณ์นี้มานานหลายศตวรรษ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้
ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ Salk ได้ค้นพบว่าปัจจัยพืชสองชนิด ได้แก่ โปรตีน PIF7 และฮอร์โมนการเจริญเติบโตออกซิน เป็นตัวกระตุ้นที่เร่งการเจริญเติบโตเมื่อพืชอยู่ภายใต้ร่มเงาของหลังคาและสัมผัสกับอุณหภูมิที่อบอุ่นในเวลาเดียวกัน
ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Nature Communications เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2565จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าพืชจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างไร และเพิ่มผลผลิตพืชผลแม้ว่าอุณหภูมิโลกจะสูงขึ้นซึ่งเป็นอันตรายต่อผลผลิต
ศาสตราจารย์ Joanne Chory ผู้เขียนอาวุโส ของ Salk’s Plant Molecular and Cellular Biology Laboratory and Howard กล่าวว่า “ขณะนี้ เราปลูกพืชผลในความหนาแน่นที่แน่นอน แต่ผลการวิจัยของเราระบุว่าเราจะต้องลดความหนาแน่นเหล่านี้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเจริญเติบโตเมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลง นักวิจัยสถาบันการแพทย์ฮิวจ์ส “การทำความเข้าใจพื้นฐานระดับโมเลกุลของวิธีที่พืชตอบสนองต่อแสงและอุณหภูมิจะช่วยให้เราปรับความหนาแน่นของพืชได้อย่างละเอียดด้วยวิธีเฉพาะที่นำไปสู่ผลผลิตที่ดีที่สุด”
ในระหว่างการแตกหน่อ ต้นกล้าจะยืดลำต้นอย่างรวดเร็วเพื่อเจาะดินที่ปกคลุมเพื่อรับแสงแดดโดยเร็วที่สุด โดยปกติลำต้นจะชะลอการเจริญเติบโตหลังจากโดนแสงแดด แต่ลำต้นสามารถยืดออกได้อย่างรวดเร็วอีกครั้งหากพืชต้องแข่งขันกับพืชโดยรอบเพื่อรับแสงแดด หรือเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิที่อบอุ่นเพื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างพื้นดินที่ร้อนกับใบของพืช แม้ว่าสภาพแวดล้อมทั้งสองอย่าง—ร่มเงาทรงพุ่มและอุณหภูมิที่อบอุ่น—จะกระตุ้นการเจริญเติบโตของลำต้น แต่ก็ลดผลผลิตด้วย
ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบพืชที่ปลูกในที่ร่มและอุณหภูมิที่อบอุ่นในเวลาเดียวกัน ซึ่งเป็นสภาวะที่เลียนแบบความหนาแน่นของพืชผลสูงและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นักวิทยาศาสตร์ใช้พืช ต้นแบบ Arabidopsis thaliana เช่นเดียวกับมะเขือเทศและญาติสนิทของยาสูบ เพราะพวกเขาสนใจที่จะดูว่าพืชทั้งสามชนิดได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมนี้เช่นเดียวกันหรือไม่
จากทั้งสามสายพันธุ์ ทีมงานพบว่าต้นไม้เติบโตสูงมากเมื่อพยายามหลีกเลี่ยงร่มเงาที่เกิดจากพืชใกล้เคียงและสัมผัสกับอุณหภูมิที่อุ่นขึ้นพร้อมๆ กัน ในระดับโมเลกุล นักวิจัยค้นพบว่าปัจจัยการถอดรหัส PIF7 ซึ่งเป็นโปรตีนที่ช่วยเปลี่ยนยีน “เปิด” และ “ปิด” เป็นผู้เล่นหลักที่ขับเคลื่อนการเติบโตอย่างรวดเร็ว พวกเขายังพบว่าฮอร์โมนการเจริญเติบโตออกซินเพิ่มขึ้นเมื่อพืชผลตรวจพบพืชใกล้เคียงซึ่งส่งเสริมการเจริญเติบโตเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิที่อุ่นขึ้นพร้อมกัน วิถีทาง PIF7-auxin ที่ทำงานร่วมกันนี้ช่วยให้พืชตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมและปรับตัวเพื่อแสวงหาสภาพการเจริญเติบโตที่ดีที่สุด
ปัจจัยการถอดรหัสที่เกี่ยวข้อง PIF4 ยังกระตุ้นการยืดตัวของลำต้นในช่วงอุณหภูมิที่อบอุ่น อย่างไรก็ตาม เมื่อรวมร่มเงาและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ปัจจัยนี้ไม่ได้มีบทบาทสำคัญอีกต่อไป
“เรารู้สึกประหลาดใจที่พบว่า PIF4 ไม่มีบทบาทสำคัญเพราะการศึกษาก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของปัจจัยนี้ในสถานการณ์การเติบโตที่เกี่ยวข้อง” ผู้เขียนคนแรก Yogev Burko นักวิจัยของ Salk และผู้ช่วยศาสตราจารย์จากองค์กรวิจัยการเกษตรที่ สถาบันภูเขาไฟในอิสราเอล “ความจริงที่ว่า PIF7 เป็นแรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังการเจริญเติบโตของพืชนี้เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างยิ่ง ด้วยความรู้ใหม่นี้ เราหวังว่าจะปรับการตอบสนองการเติบโตนี้ในพืชผลต่าง ๆ เพื่อช่วยให้พวกเขาปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ”
นักวิจัยเชื่อว่ายังมีผู้เล่นอื่นที่ยังไม่ถูกค้นพบซึ่งกำลังส่งเสริมผลกระทบของ PIF7 และออกซิน พวกเขาหวังว่าจะสำรวจปัจจัยที่ไม่รู้จักนี้ในการศึกษาในอนาคต ห้องปฏิบัติการของ Burko จะศึกษาด้วยว่าเส้นทางนี้สามารถปรับให้เหมาะสมในพืชผลได้อย่างไร
“อุณหภูมิทั่วโลกกำลังเพิ่มขึ้น เราจึงต้องการพืชอาหารที่สามารถเจริญเติบโตได้ในสภาพใหม่เหล่านี้” Chory ผู้ร่วมกำกับโครงการ Salk’s Harnessing Plants Initiative และถือ Howard H. และ Maryam R. Newman Chair ใน Plant Biology กล่าว “เราได้ระบุปัจจัยสำคัญที่ควบคุมการเจริญเติบโตของพืชในช่วงอุณหภูมิที่อบอุ่น ซึ่งจะช่วยให้เราพัฒนาพืชผลที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นเพื่อเลี้ยงคนรุ่นต่อไป”
ผู้เขียนคนอื่นๆ ได้แก่ Björn Christopher Willige และ Adam Seluzicki จาก Salk; Ondřej Novák จากมหาวิทยาลัย Palacký และสถาบันพฤกษศาสตร์ทดลองที่ Czech Academy of Sciences; และ Karin Ljung จากมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์แห่งสวีเดน
งานนี้ได้รับทุนจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (5R35GM122604-05_05), สถาบันการแพทย์ Howard Hughes, มูลนิธิ Knut and Alice Wallenberg (KAW 2016.0341 และ KAW 2016.0352), หน่วยงานราชการด้านระบบนวัตกรรมแห่งสวีเดน (VINNOVA 2016-00504), EMBO Fellowships ( ALTF 785-2013 และ ALTF 1514-2012), BARD (FI-488-13), Human Frontier Science Program (LT000222/2013-L) และ Salk’s Pioneer Postdoctoral Endowment Fund
เกี่ยวกับสถาบัน Salk เพื่อการศึกษาทางชีววิทยา:
การรักษาทุกครั้งมีจุดเริ่มต้น สถาบัน Salk รวบรวมภารกิจของ Jonas Salk ในการกล้าที่จะทำให้ความฝันเป็นจริง นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงระดับนานาชาติและได้รับรางวัลต่างสำรวจพื้นฐานของชีวิต ค้นหาความเข้าใจใหม่ๆ ในด้านประสาทวิทยาศาสตร์ พันธุศาสตร์ ภูมิคุ้มกันวิทยา ชีววิทยาพืช และอื่นๆ สถาบันเป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรอิสระและสถานที่สำคัญทางสถาปัตยกรรม: เลือกได้ทีละน้อย สนิทสนมกับธรรมชาติ และกล้าหาญเมื่อเผชิญกับความท้าทายใดๆ ไม่ว่าจะเป็นมะเร็งหรือโรคอัลไซเมอร์ การแก่ชราหรือโรคเบาหวาน Salk คือจุดเริ่มต้นของการรักษา เรียนรู้เพิ่มเติมที่ salk.edu
